QCM : Électrocinétique et signaux physiques (59 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle grandeur physique correspond au transfert de charges électriques à travers une section de conducteur par unité de temps ?

La résistance électrique, exprimée en ohms
L’intensité du courant, exprimée en ampères
La tension électrique, exprimée en volts
La puissance électrique, exprimée en watts

L’intensité du courant, exprimée en ampères

Explication

L’intensité du courant mesure le débit de charges électriques et se calcule par i=dqdti=\frac{dq}{dt}, en ampères. La tension mesure une différence de potentiel, tandis que la résistance et la puissance décrivent d’autres propriétés du circuit.

2. Dans une boucle électrique unique sans dérivation, comment se répartit le courant ?

Il se divise entre les différents dipôles présents
Il possède la même intensité en tout point de la boucle
Il diminue avant chaque générateur du circuit
Il augmente après chaque dipôle récepteur

Il possède la même intensité en tout point de la boucle

Explication

Une boucle unique est parcourue par un courant identique à chaque instant en tout point. La division du courant concerne les circuits comportant des dérivations, et non une boucle sans branchement.

3. Quelle distinction décrit correctement un dipôle actif et un dipôle passif ?

Le dipôle actif transforme le courant en chaleur, tandis que le passif crée de l’énergie
Le dipôle actif stocke des charges, tandis que le passif impose une tension constante
Le dipôle actif fournit de l’énergie électrique, tandis que le passif en consomme
Le dipôle actif possède une résistance, tandis que le passif produit un courant électrique

Le dipôle actif fournit de l’énergie électrique, tandis que le passif en consomme

Explication

Un dipôle actif génère de l’énergie électrique, alors qu’un dipôle passif la consomme. Une résistance ou un autre récepteur passif peut transformer l’énergie reçue, mais il ne la produit pas.

4. Que fait un générateur de tension parfait lorsqu’il est branché dans un circuit ?

Il impose un courant i dépendant de la résistance du circuit
Il adapte sa tension pour conserver une puissance constante
Il impose une tension e indépendante du reste du circuit
Il annule la tension lorsque le circuit comporte une résistance

Il impose une tension e indépendante du reste du circuit

Explication

Un générateur de tension parfait maintient une tension imposée ee, quelle que soit l’influence du reste du circuit. Le courant obtenu dépend ensuite des éléments auxquels le générateur est raccordé.

5. Quelle propriété caractérise un générateur de courant parfait ?

Il conserve une résistance interne constante en série
Il impose un courant i indépendant du reste du circuit
Il fournit une tension proportionnelle à la longueur du conducteur
Il impose une tension e déterminée par la charge branchée

Il impose un courant i indépendant du reste du circuit

Explication

Un générateur de courant parfait impose un courant ii indépendant du reste du circuit. L’énoncé concernant une tension imposée décrit plutôt le générateur de tension parfait.

6. Quelle association entre dipôle passif et grandeur caractéristique est correcte ?

La résistance est caractérisée par C en farads, la bobine par R en ohms et le condensateur par L en henrys
La résistance est caractérisée par e en volts, la bobine par i en ampères et le condensateur par q en coulombs
La résistance est caractérisée par R en ohms, la bobine par L en henrys et le condensateur par C en farads
La résistance est caractérisée par L en henrys, la bobine par C en farads et le condensateur par R en ohms

La résistance est caractérisée par R en ohms, la bobine par L en henrys et le condensateur par C en farads

Explication

Les trois dipôles passifs usuels sont la résistance, la bobine et le condensateur, associés respectivement à RR en ohms, LL en henrys et CC en farads. Les autres propositions permutent ces caractéristiques ou remplacent une grandeur de dipôle par une variable électrique.

7. Quelle propriété permet de distinguer deux dipôles montés en série de deux dipôles montés en parallèle ?

En série, la charge est identique ; en parallèle, l’énergie est identique
En série, le courant est identique ; en parallèle, la tension est identique
En série, la puissance est identique ; en parallèle, la résistance est identique
En série, la tension est identique ; en parallèle, le courant est identique

En série, le courant est identique ; en parallèle, la tension est identique

Explication

Des dipôles en série sont traversés par le même courant, tandis que des dipôles en parallèle ont la même différence de potentiel à leurs bornes. Les autres associations confondent les règles propres aux deux montages.

8. Dans quel montage la grandeur totale s’obtient-elle par addition des tensions des dipôles, et dans quel montage par addition des courants des branches ?

En parallèle pour les tensions, et en série pour les courants
Dans les deux montages, pour les tensions comme pour les courants
En série pour les courants, et en parallèle pour les tensions
En série pour les tensions, et en parallèle pour les courants

En série pour les tensions, et en parallèle pour les courants

Explication

En série, la tension totale est la somme des tensions de chaque dipôle. En parallèle, le courant total est la somme des courants parcourant les différentes branches ; les deux autres règles inversent ces propriétés.

9. Quelle différence caractérise le régime continu par rapport au régime variable ?

En régime continu, les grandeurs dépendent du temps ; en régime variable, elles restent constantes
En régime continu, la tension disparaît ; en régime variable, le courant devient nul
En régime continu, les grandeurs sont périodiques ; en régime variable, elles sont dépourvues d’évolution
En régime continu, les grandeurs sont indépendantes du temps ; en régime variable, elles en dépendent

En régime continu, les grandeurs sont indépendantes du temps ; en régime variable, elles en dépendent

Explication

Le régime continu correspond à des tensions et courants indépendants du temps, tandis que le régime variable décrit des grandeurs qui évoluent avec le temps. Un régime variable peut notamment être périodique, mais cette propriété n’est pas exigée pour toute variation.

10. Quelle caractéristique définit un régime sinusoïdal ?

C’est un régime variable périodique décrit par une fonction cosinus avec amplitude, pulsation et phase
C’est un régime variable apériodique décrit par une fonction linéaire avec résistance et puissance
C’est un régime alternatif aléatoire dont le courant change sans amplitude ni phase définies
C’est un régime continu dont la tension conserve une valeur fixe sans paramètre temporel

C’est un régime variable périodique décrit par une fonction cosinus avec amplitude, pulsation et phase

Explication

Le régime sinusoïdal est périodique et s’exprime à l’aide d’une fonction cosinus caractérisée par une amplitude, une pulsation et une phase. Une grandeur constante relève du régime continu, tandis qu’une évolution aléatoire ne possède pas la structure sinusoïdale attendue.

11. Comment définit-on un réseau électrique ?

Un ensemble de signaux sinusoïdaux décrits par leur phase
Une association de dipôles interconnectés et alimentés par un générateur
Un point commun à plusieurs branches parcouru par des courants
Une boucle formée de tensions orientées selon un parcours fermé

Une association de dipôles interconnectés et alimentés par un générateur

Explication

Un réseau électrique regroupe des dipôles récepteurs reliés entre eux et alimentés par un générateur. Une boucle fermée correspond plutôt à une maille, tandis qu’un point commun à plusieurs branches est un nœud.

12. Dans un réseau électrique, qu’appelle-t-on un nœud ?

Un dipôle reliant deux points du réseau
Une branche contenant plusieurs générateurs en série
Un point commun à plus de deux branches
Une boucle parcourue par un courant alternatif

Un point commun à plus de deux branches

Explication

Un nœud est un point du réseau auquel sont raccordées plus de deux branches. Une boucle désigne une maille, et un dipôle constitue un élément entre deux points.

13. Dans un nœud parcouru par plusieurs courants, quelle relation doit être vérifiée ?

La somme des tensions entrantes égale la somme des tensions sortantes
La somme des courants entrants égale la somme des courants sortants
Le courant sortant est égal à la tension totale du générateur
La somme algébrique des tensions de chaque branche vaut zéro

La somme des courants entrants égale la somme des courants sortants

Explication

La loi des nœuds impose l’égalité entre la somme des courants entrants et celle des courants sortants. La somme algébrique des tensions le long d’une boucle relève de la loi des mailles.

14. Quelle condition exprime la loi des mailles dans une boucle orientée ?

Le courant total est réparti également entre toutes les branches
La tension de chaque dipôle est proportionnelle à sa résistance
La somme algébrique des différences de potentiel est nulle
La somme des courants entrants égale celle des courants sortants

La somme algébrique des différences de potentiel est nulle

Explication

La loi des mailles stipule que la somme algébrique des différences de potentiel parcourues dans une boucle est nulle. L’égalité entre courants entrants et sortants concerne la loi des nœuds.

15. Dans l’expression e(t)=E0cos⁡(ωt+φ)e(t)=E_0\cos(\omega t+\varphi), quel paramètre représente la valeur maximale du signal ?

L’amplitude E0E_0
La variable temporelle tt
La phase initiale φ\varphi
La pulsation ω\omega

L’amplitude $$E_0$$

Explication

Dans cette expression, E0E_0 est l’amplitude, donc la valeur maximale du signal sinusoïdal. La phase décrit le décalage à l’origine et la pulsation caractérise l’évolution angulaire dans le temps.

16. Un signal a une période T=0,020 sT=0{,}020\ \text{s}. Quelle est sa pulsation ?

0,020π rad⋅s−10{,}020\pi\ \text{rad·s}^{-1}
100π rad⋅s−1100\pi\ \text{rad·s}^{-1}
2π×0,020 rad⋅s−12\pi\times0{,}020\ \text{rad·s}^{-1}
50π rad⋅s−150\pi\ \text{rad·s}^{-1}

$$100\pi\ \text{rad·s}^{-1}$$

Explication

La relation ω=2πT\omega=\frac{2\pi}{T} donne ici ω=2π0,020=100π rad⋅s−1\omega=\frac{2\pi}{0{,}020}=100\pi\ \text{rad·s}^{-1}. La fréquence correspondante vaut 50 Hz50\ \text{Hz}, mais elle n’est pas la pulsation demandée.

17. Deux signaux présentent un retard temporel Δt\Delta t. Comment calculer leur déphasage ?

φ=Δtω=Δt2πf\varphi=\frac{\Delta t}{\omega}=\frac{\Delta t}{2\pi f}
φ=ωΔt=2πfΔt\varphi=\omega\Delta t=2\pi f\Delta t
φ=ω+Δt=2π(f+Δt)\varphi=\omega+\Delta t=2\pi(f+\Delta t)
φ=2πΔt=2πfΔt\varphi=\frac{2\pi}{\Delta t}=\frac{2\pi f}{\Delta t}

$$\varphi=\omega\Delta t=2\pi f\Delta t$$

Explication

Le déphasage est obtenu en multipliant la pulsation par le retard, soit φ=ωΔt=2πfΔt\varphi=\omega\Delta t=2\pi f\Delta t. Le retard s’exprime en secondes, tandis que le déphasage obtenu s’exprime en radians.

18. Quelle relation définit l’impédance complexe d’un dipôle ?

I‾=Z‾ U‾\underline{I}=\underline{Z}\,\underline{U}
U‾=Z‾ I‾\underline{U}=\underline{Z}\,\underline{I}
Z‾=U‾+I‾\underline{Z}=\underline{U}+\underline{I}
U‾=I‾Z‾\underline{U}=\frac{\underline{I}}{\underline{Z}}

$$\underline{U}=\underline{Z}\,\underline{I}$$

Explication

L’impédance complexe relie la tension complexe et le courant complexe par U‾=Z‾ I‾\underline{U}=\underline{Z}\,\underline{I}. Écrire I‾=Z‾ U‾\underline{I}=\underline{Z}\,\underline{U} inverse à tort le rôle de l’impédance.

19. Comment caractérise-t-on un régime transitoire ?

Il associe plusieurs générateurs dans une branche du circuit
Il représente un fonctionnement établi avec des grandeurs constantes
Il décrit une oscillation sinusoïdale autour d’une valeur moyenne
Il correspond au passage d’un régime permanent à un autre

Il correspond au passage d’un régime permanent à un autre

Explication

Un régime transitoire accompagne l’évolution entre deux régimes permanents. Un régime permanent décrit au contraire l’état établi après cette évolution.

20. Quels outils restent utilisables pour analyser un circuit en régime transitoire dans ce cadre ?

Les théorèmes de Thévenin et de Norton avec des impédances
Le théorème de Norton associé à la seule loi des nœuds
La loi des mailles remplacée par une relation sinusoïdale
Les lois de Kirchhoff et le théorème de Millman

Les lois de Kirchhoff et le théorème de Millman

Explication

Les lois de Kirchhoff et le théorème de Millman restent applicables en régime transitoire. Dans ce cadre, Thévenin et Norton sont réservés aux régimes utilisant l’impédance.

21. Dans quel type de circuit un régime transitoire peut-il apparaître ?

Dans un circuit comprenant une résistance et un condensateur ou une bobine
Dans une branche contenant deux tensions constantes en parallèle
Dans un circuit composé de résistances sans élément de stockage
Dans un circuit comportant un générateur idéal sans dipôle récepteur

Dans un circuit comprenant une résistance et un condensateur ou une bobine

Explication

Les régimes transitoires apparaissent notamment dans les circuits comportant une résistance et au moins un condensateur ou une bobine. Ces éléments permettent le stockage d’énergie et l’évolution entre deux états permanents.

22. Un condensateur initialement déchargé est chargé par un échelon E0E_0 dans un circuit RC. Quelle expression décrit sa tension ?

uC(t)=E0e−t/τu_C(t)=E_0e^{-t/\tau} avec τ=RC\tau=RC
uC(t)=E0(1+e−t/τ)u_C(t)=E_0\left(1+e^{-t/\tau}\right) avec τ=RC\tau=RC
uC(t)=E0(1−e−t/τ)u_C(t)=E_0\left(1-e^{-t/\tau}\right) avec τ=RC\tau=RC
uC(t)=E0(1−et/τ)u_C(t)=E_0\left(1-e^{t/\tau}\right) avec τ=RC\tau=RC

$$u_C(t)=E_0\left(1-e^{-t/\tau}\right)$$ avec $$\tau=RC$$

Explication

Pendant la charge, la tension du condensateur augmente progressivement vers E0E_0 selon uC(t)=E0(1−e−t/τ)u_C(t)=E_0(1-e^{-t/\tau}), avec τ=RC\tau=RC. La forme E0e−t/τE_0e^{-t/\tau} décrit plutôt une décroissance vers zéro, comme lors d’une décharge.

23. Comment évoluent la tension aux bornes et le courant d’un condensateur initialement chargé pendant sa décharge dans un circuit résistif ?

Ils oscillent autour de leurs valeurs initiales
Ils augmentent tous deux de manière linéaire
Ils décroissent tous deux de manière exponentielle
Ils restent constants à leurs valeurs initiales

Ils décroissent tous deux de manière exponentielle

Explication

Pendant la décharge, la tension du condensateur et le courant diminuent suivant une évolution exponentielle. L’état initial chargé peut présenter une tension constante, mais cette propriété ne décrit pas la phase de décharge.

24. Pour construire graphiquement la courbe exponentielle de décharge d’un condensateur, où la tangente à l’origine coupe-t-elle l’asymptote ?

À l’abscisse correspondant au double de la constante de temps t=2τt=2\tau
À l’ordonnée correspondant à la tension initiale uc(0)u_c(0)
À l’abscisse correspondant à la moitié de la constante de temps t=τ2t=\frac{\tau}{2}
À l’abscisse correspondant à la constante de temps t=τt=\tau

À l’abscisse correspondant à la constante de temps $$t=\tau$$

Explication

La construction graphique de la décharge exponentielle utilise l’intersection entre la tangente à l’origine et l’asymptote à l’instant t=τt=\tau. Les autres repères temporels ne correspondent pas à cette propriété géométrique de la constante de temps.

25. Quelle distinction décrit correctement les outils employés dans les exercices de circuits continus ?

Kirchhoff fournit des lois générales, tandis que Millman, Thévenin et Norton proposent des méthodes ou équivalences de résolution
Thévenin et Norton sont des lois générales, tandis que Kirchhoff transforme chaque circuit en générateur équivalent
Millman décrit les mailles, tandis que Kirchhoff et Norton servent à calculer les seules résistances thermiques
Kirchhoff est une équivalence de circuit, tandis que Millman fournit une loi générale applicable à tous les réseaux

Kirchhoff fournit des lois générales, tandis que Millman, Thévenin et Norton proposent des méthodes ou équivalences de résolution

Explication

Les lois de Kirchhoff constituent une méthode générale d’analyse, alors que Millman, Thévenin et Norton facilitent la résolution par des méthodes ou des équivalences. Assimiler ces outils à des catégories inverses conduit à confondre lois fondamentales et techniques de simplification.

26. Lors de l’équilibrage d’un pont de Wheatstone, quelle condition permet de déterminer la résistance inconnue ?

Le courant dans l’ampèremètre atteint sa valeur maximale au réglage choisi
La résistance inconnue devient nulle lorsque les quatre branches sont raccordées
La tension du générateur devient nulle après suppression de la résistance variable
Le courant dans l’ampèremètre devient nul après réglage de la résistance variable

Le courant dans l’ampèremètre devient nul après réglage de la résistance variable

Explication

Un pont de Wheatstone est équilibré lorsque le courant traversant l’ampèremètre est nul, ce qui fournit une relation entre les résistances. Un courant maximal correspond au contraire à une situation déséquilibrée, et la tension du générateur n’est pas annulée.

27. Quelle succession d’étapes correspond à l’analyse d’un circuit en régime sinusoïdal ?

Mesurer directement le courant continu, additionner les résistances réelles, puis supprimer le déphasage
Déterminer la fréquence de résonance, court-circuiter le condensateur, puis convertir le signal en tension constante
Calculer d’abord la puissance thermique, remplacer les bobines par des sources idéales, puis relever la tension continue
Représenter le signal par des complexes, déterminer l’impédance, puis calculer l’amplitude et le déphasage

Représenter le signal par des complexes, déterminer l’impédance, puis calculer l’amplitude et le déphasage

Explication

L’analyse sinusoïdale passe de la représentation réelle à la représentation complexe, puis utilise l’impédance pour obtenir l’amplitude et le déphasage. Les autres démarches introduisent des opérations qui ne constituent pas la procédure générale d’un circuit sinusoïdal.

28. Quelle caractéristique distingue l’étude de la résonance d’une simple détermination d’impédance dans un circuit sinusoïdal ?

La résonance impose une amplitude identique pour toutes les pulsations appliquées
La résonance analyse une réponse qui dépend de la pulsation du circuit
La résonance remplace les éléments réactifs par des résistances indépendantes
La résonance consiste à calculer une impédance à une pulsation fixée

La résonance analyse une réponse qui dépend de la pulsation du circuit

Explication

La résonance concerne l’évolution de la réponse du circuit lorsque la pulsation varie, notamment dans les circuits RLC. Une détermination d’impédance à pulsation fixée ne constitue pas à elle seule une étude de résonance.

29. Dans un circuit commuté, quelle grandeur est directement associée au comportement d’un condensateur lors d’un régime transitoire ?

La fréquence propre du montage
Le courant qui le traverse
La tension à ses bornes
La résistance équivalente du circuit

La tension à ses bornes

Explication

Le condensateur est caractérisé par l’évolution de sa tension lors du régime transitoire, tandis que la bobine est associée à l’évolution du courant. Confondre ces deux réponses revient à attribuer au condensateur le comportement propre de la bobine.

30. Quelle démarche permet de résoudre méthodiquement un circuit soumis à un régime transitoire ?

Calculer la puissance, remplacer les composants réactifs puis relever directement la tension finale
Tracer la réponse, choisir une constante de temps puis établir l’équation différentielle correspondante
Déterminer la résistance, négliger la commutation puis appliquer une relation de régime permanent
Établir l’équation différentielle, déterminer les paramètres, la résoudre puis représenter la grandeur temporelle

Établir l’équation différentielle, déterminer les paramètres, la résoudre puis représenter la grandeur temporelle

Explication

La résolution repose sur l’établissement de l’équation différentielle, l’identification des paramètres caractéristiques, sa résolution et la représentation temporelle de la grandeur étudiée. Relever directement la tension finale ne décrit pas l’évolution transitoire recherchée.

31. Dans une analogie entre un circuit électrique et un système hydraulique ou thermique, quelle correspondance est correcte ?

Un débit ou un flux correspond à une tension électrique
Une différence de pression ou de température correspond à une tension électrique
Un débit ou un flux correspond à une capacité électrique
Une différence de pression correspond à une résistance électrique

Une différence de pression ou de température correspond à une tension électrique

Explication

La différence de pression ou de température joue le rôle de la tension électrique, tandis que le débit ou le flux joue celui du courant. Assimiler le débit à une tension inverse ces rôles fondamentaux dans l’analogie.

32. Pour une paroi conductrice, de quels paramètres dépend la résistance thermique de conduction ?

De son débit thermique, de sa pression et de sa capacité calorifique
De sa température initiale, de son volume et de sa masse volumique
De son épaisseur, de sa surface et de sa conductivité thermique
De sa longueur, de sa tension électrique et de son inductance

De son épaisseur, de sa surface et de sa conductivité thermique

Explication

La résistance thermique de conduction est déterminée par l’épaisseur, la surface et la conductivité thermique de la paroi, selon la relation indiquée dans l’énoncé. La température initiale et la masse volumique ne constituent pas les paramètres géométriques et matériels de cette relation.

33. Comment le modèle hydraulique d’un plan de prévention évalue-t-il l’effet d’une conduite de dérivation ?

En mesurant la pression dans la conduite après avoir fermé la zone habitée
En comparant le débit dans la zone habitée avant et après l’ajout de la conduite
En calculant la capacité du réservoir avant et après la modification du terrain
En comparant la température de l’eau avant et après l’isolation de la zone

En comparant le débit dans la zone habitée avant et après l’ajout de la conduite

Explication

Le modèle compare le débit traversant la zone habitée avant et après l’installation de la conduite de dérivation afin d’évaluer le risque d’inondation. Une comparaison de températures ne renseigne pas directement sur la redistribution hydraulique du débit.

34. Dans le modèle électrique d’un éclair, quels paramètres représentent la décharge du condensateur géant ?

Une capacité de 3 kΩ, une résistance de 10 nF et une tension initiale de 100 V
Une capacité de 100.106 nF, une résistance de 10 kΩ et une tension initiale de 3 V
Une capacité de 10 F, une résistance de 3 Ω et une tension initiale de 106 V
Une capacité de 10 nF, une résistance de 3 kΩ et une tension initiale de 100.106 V

Une capacité de 10 nF, une résistance de 3 kΩ et une tension initiale de 100.106 V

Explication

Le modèle associe l’éclair à un condensateur de capacité C=10 nF, déchargé à travers R=3 kΩ depuis une tension initiale de claquage Uc=100.106 V. Les autres propositions permutent les rôles des grandeurs ou modifient les valeurs du modèle.

35. Dans l’analogie électrique utilisée pour modéliser la vidange d’un réservoir, quel phénomène représente la diminution de la différence de pression ?

La charge d’un condensateur, qui produit une croissance oscillatoire
La décharge d’un condensateur, qui produit une décroissance exponentielle
La décharge d’un condensateur, qui produit une croissance linéaire
La charge d’un condensateur, qui produit une décroissance exponentielle

La décharge d’un condensateur, qui produit une décroissance exponentielle

Explication

La vidange correspond à une décharge électrique analogue, et la différence de pression décroît alors de manière exponentielle. La charge d’un condensateur représente plutôt le remplissage du réservoir.

36. Dans l’analogie mécanique d’un système masse-ressort-amortisseur, quelle correspondance entre paramètres est correcte ?

La rigidité k correspond à R, la masse m à C et le frottement α à l’inverse de L
La rigidité k correspond à l’inverse de C, la masse m à L et le frottement α à R
La rigidité k correspond à L, la masse m à l’inverse de C et le frottement α à R
La rigidité k correspond à C, la masse m à R et le frottement α à L

La rigidité k correspond à l’inverse de C, la masse m à L et le frottement α à R

Explication

L’analogie associe la rigidité du ressort à l’inverse de la capacité, la masse à l’inductance et le frottement à la résistance. Attribuer la masse à la résistance confond l’effet inertiel mécanique avec l’effet dissipatif.

37. Dans quelle situation le courant traversant l’ampèremètre d’un pont de Wheatstone est-il nul ?

Lorsque les potentiels aux points A et B sont différents
Lorsque la tension d’alimentation est supprimée du pont
Lorsque les potentiels aux points A et B sont égaux
Lorsque les quatre résistances ont des valeurs différentes

Lorsque les potentiels aux points A et B sont égaux

Explication

Le courant de l’ampèremètre est nul lorsque la différence de potentiel entre A et B est nulle, donc lorsque VA=VBV_A=V_B. Des potentiels différents créent au contraire un courant de déséquilibre.

38. Un pont équilibré est alimenté sous une tension E=10 VE=10\ \mathrm{V} avec R1=30 ΩR_1=30\ \Omega et R2=20 ΩR_2=20\ \Omega. Quelle est la valeur de VAV_A ?

5 V5\ \mathrm{V}
10 V10\ \mathrm{V}
6 V6\ \mathrm{V}
4 V4\ \mathrm{V}

$$4\ \mathrm{V}$$

Explication

La relation VA=ER2R1+R2V_A=E\frac{R_2}{R_1+R_2} donne VA=10×2030+20=4 VV_A=10\times\frac{20}{30+20}=4\ \mathrm{V}. La valeur de 6 V6\ \mathrm{V} correspondrait à une inversion des résistances dans le rapport.

39. Quelle condition relie les quatre résistances lorsque le pont de Wheatstone est équilibré ?

R1R2=RXRVR_1R_2=R_XR_V
R1+RX=R2+RVR_1+R_X=R_2+R_V
R1=R2=RX=RVR_1=R_2=R_X=R_V
R1RX=R2RVR_1R_X=R_2R_V

$$R_1R_X=R_2R_V$$

Explication

L’équilibre est défini par l’égalité des produits opposés, R1RX=R2RVR_1R_X=R_2R_V. Il n’est pas nécessaire que les quatre résistances aient la même valeur.

40. Après la traction d’une jauge, une variation relative de résistance vaut ΔRR=0,02\frac{\Delta R}{R}=0{,}02 et la tension d’alimentation vaut E=5 VE=5\ \mathrm{V}. Quelle tension de déséquilibre obtient-on ?

1,25 V1{,}25\ \mathrm{V}
0,40 V0{,}40\ \mathrm{V}
0,10 V0{,}10\ \mathrm{V}
0,025 V0{,}025\ \mathrm{V}

$$0{,}025\ \mathrm{V}$$

Explication

La relation UAB=E4ΔRRU_{AB}=\frac{E}{4}\frac{\Delta R}{R} donne UAB=54×0,02=0,025 VU_{AB}=\frac{5}{4}\times0{,}02=0{,}025\ \mathrm{V}. La variation relative est donc réduite par le facteur quatre dans cette expression.

41. Quelle différence décrit correctement l’isolation thermique par l’intérieur et par l’extérieur ?

L’isolant est placé côté intérieur dans le premier cas et côté extérieur dans le second
L’isolant est placé entre deux vitrages dans le premier cas et sous le sol dans le second
L’isolant est placé côté extérieur dans le premier cas et côté intérieur dans le second
L’isolant est placé dans la toiture dans le premier cas et dans les fondations dans le second

L’isolant est placé côté intérieur dans le premier cas et côté extérieur dans le second

Explication

L’isolation par l’intérieur dispose l’isolant du côté intérieur du mur, tandis que l’isolation par l’extérieur le dispose du côté extérieur. Les autres descriptions ne distinguent pas ces deux configurations murales.

42. Dans l’analogie entre circuits électriques et transferts thermiques, quelle correspondance est correcte ?

La résistance thermique correspond au courant et le flux thermique à la résistance
La différence de température correspond à la résistance et la résistance thermique à la tension
Le flux thermique correspond au courant et la différence de température à la tension
Le flux thermique correspond à la tension et la différence de température au courant

Le flux thermique correspond au courant et la différence de température à la tension

Explication

Le flux thermique Φ\Phi joue le rôle du courant II, tandis que ΔT\Delta T joue le rôle de la tension ΔV\Delta V. La résistance thermique est l’analogue de la résistance électrique.

43. Une paroi possède une résistance thermique Rth=2,5 K/WR_{th}=2{,}5\ \mathrm{K/W} et ses faces présentent une différence de température ΔT=20 K\Delta T=20\ \mathrm{K}. Quel flux thermique la traverse ?

22,5 W22{,}5\ \mathrm{W}
50 W50\ \mathrm{W}
8 W8\ \mathrm{W}
0,125 W0{,}125\ \mathrm{W}

$$8\ \mathrm{W}$$

Explication

La loi de Fourier donne Φ=ΔTRth=202,5=8 W\Phi=\frac{\Delta T}{R_{th}}=\frac{20}{2{,}5}=8\ \mathrm{W}. Multiplier la différence de température par la résistance thermique inverserait la relation physique.

44. Trois couches traversées successivement ont des résistances thermiques de 0,50{,}5, 1,21{,}2 et 2,3 K/W2{,}3\ \mathrm{K/W}. Quelle est leur résistance thermique équivalente ?

0,96 K/W0{,}96\ \mathrm{K/W}
1,0 K/W1{,}0\ \mathrm{K/W}
2,3 K/W2{,}3\ \mathrm{K/W}
4,0 K/W4{,}0\ \mathrm{K/W}

$$4{,}0\ \mathrm{K/W}$$

Explication

Pour des constituants en série, les résistances thermiques s’additionnent : Rth,eq=0,5+1,2+2,3=4,0 K/WR_{th,eq}=0{,}5+1{,}2+2{,}3=4{,}0\ \mathrm{K/W}. Une combinaison en parallèle conduirait à une autre expression.

45. Comment les différentes portions sont-elles connectées dans le modèle hydraulique d’un pontage coronarien ?

Les portions saine et obstruée sont en parallèle, tandis que le greffon est en série
Les portions saine et obstruée sont en série, tandis que le greffon est en parallèle
Les trois portions sont montées en série dans une même branche
Les trois portions sont montées en parallèle entre les mêmes deux points

Les portions saine et obstruée sont en série, tandis que le greffon est en parallèle

Explication

Dans l’artère malade, les portions saine et obstruée se suivent et sont donc en série. Le greffon relie les mêmes extrémités que l’artère malade, ce qui le place en parallèle.

46. Dans l’analogie hydraulique d’un réseau coronaire, quelles grandeurs correspondent à la tension électrique et au courant ?

Le débit correspond à la résistance et la différence de pression au courant
La résistance hydraulique correspond à la tension et le débit au courant
La différence de pression correspond au courant et le débit à la tension
La différence de pression correspond à la tension et le débit au courant

La différence de pression correspond à la tension et le débit au courant

Explication

La différence de pression cardiaque ΔPcoeur\Delta P_{coeur} joue le rôle de la tension EE, tandis que le débit sanguin QQ joue celui du courant II. La résistance hydraulique est l’analogue de la résistance électrique.

47. Une conduite cylindrique a une viscosité η\eta, une longueur ll et un rayon rr. Quelle relation donne sa résistance hydraulique ?

Rh=ηl48πrR_h=\frac{\eta l^4}{8\pi r}
Rh=8ηlπr4R_h=\frac{8\eta l}{\pi r^4}
Rh=8ηrπl4R_h=\frac{8\eta r}{\pi l^4}
Rh=πr48ηlR_h=\frac{\pi r^4}{8\eta l}

$$R_h=\frac{8\eta l}{\pi r^4}$$

Explication

La loi de Poiseuille donne Rh=8ηlπr4R_h=\frac{8\eta l}{\pi r^4}. Le rayon intervient à la puissance quatre au dénominateur, ce qui montre l’effet important du calibre de la conduite.

48. Un réseau hydraulique présente une différence de pression de 12 000 Pa12\,000\ \mathrm{Pa} et une résistance hydraulique de 3,0×108 Pa s/m33{,}0\times10^8\ \mathrm{Pa\,s/m^3}. Quel débit le traverse-t-il ?

3,6×1012 m3/s3{,}6\times10^{12}\ \mathrm{m^3/s}
4,0×10−9 m3/s4{,}0\times10^{-9}\ \mathrm{m^3/s}
4,0×10−5 m3/s4{,}0\times10^{-5}\ \mathrm{m^3/s}
2,5×1012 m3/s2{,}5\times10^{12}\ \mathrm{m^3/s}

$$4{,}0\times10^{-5}\ \mathrm{m^3/s}$$

Explication

L’analogue hydraulique de la loi d’Ohm donne Q=ΔPRh=12 0003,0×108=4,0×10−5 m3/sQ=\frac{\Delta P}{R_h}=\frac{12\,000}{3{,}0\times10^8}=4{,}0\times10^{-5}\ \mathrm{m^3/s}. Une multiplication par la résistance produirait une unité et une valeur incompatibles avec cette loi.

49. Quelle expression associe correctement les impédances complexes des trois dipôles électriques usuels ?

ZR=RZ_R=R, ZL=jωLZ_L=j\omega L et ZC=1jωCZ_C=\frac{1}{j\omega C}
ZR=RωZ_R=R\omega, ZL=jLZ_L=jL et ZC=CjωZ_C=\frac{C}{j\omega}
ZR=1RZ_R=\frac{1}{R}, ZL=ωLZ_L=\omega L et ZC=jωCZ_C=j\omega C
ZR=jωRZ_R=j\omega R, ZL=1jωLZ_L=\frac{1}{j\omega L} et ZC=ωCZ_C=\omega C

$$Z_R=R$$, $$Z_L=j\omega L$$ et $$Z_C=\frac{1}{j\omega C}$$

Explication

La résistance possède une impédance réelle égale à RR, la bobine une impédance jωLj\omega L et le condensateur une impédance 1jωC\frac{1}{j\omega C}. La confusion fréquente consiste à inverser les dépendances en fréquence de la bobine et du condensateur.

50. Pourquoi un circuit RL série se comporte-t-il comme un filtre passe-bas ?

Le courant y est davantage favorisé aux basses fréquences
La tension y est indépendante de la fréquence appliquée
Le courant y est davantage favorisé aux hautes fréquences
La bobine y présente une impédance constante quelle que soit la fréquence

Le courant y est davantage favorisé aux basses fréquences

Explication

Dans un circuit RL série, la pulsation propre vaut ω0=RL\omega_0=\frac{R}{L} et le courant est favorisé aux basses fréquences, ce qui caractérise un comportement passe-bas. À haute fréquence, l’impédance de la bobine augmente et limite davantage le courant.

51. À quelle condition la résonance apparaît-elle dans un circuit RLC parallèle ?

Lorsque les effets résistif et inductif se compensent à ω0=RC\omega_0=RC
Lorsque la résistance devient nulle à ω0=RL\omega_0=\frac{R}{L}
Lorsque les effets inductif et capacitif se compensent à ω0=1LC\omega_0=\frac{1}{\sqrt{LC}}
Lorsque le condensateur impose une pulsation égale à ω0=LC\omega_0=\sqrt{LC}

Lorsque les effets inductif et capacitif se compensent à $$\omega_0=\frac{1}{\sqrt{LC}}$$

Explication

La résonance d’un circuit RLC parallèle se produit lorsque les effets inductif et capacitif se compensent, à la pulsation ω0=1LC\omega_0=\frac{1}{\sqrt{LC}}. La relation RL\frac{R}{L} correspond plutôt à la pulsation propre d’un circuit RL série.

52. Comment évolue la tension d’un condensateur qui se décharge dans une résistance ?

Elle croît selon uC(t)=UC(0)(1−e−t/τ)u_C(t)=U_C(0)(1-e^{-t/\tau}) avec τ=RC\tau=RC
Elle décroît linéairement selon uC(t)=UC(0)−tRCu_C(t)=U_C(0)-tRC
Elle décroît selon uC(t)=UC(0)e−t/τu_C(t)=U_C(0)e^{-t/\tau} avec τ=RC\tau=RC
Elle reste constante selon uC(t)=UC(0)u_C(t)=U_C(0) tant que la résistance est présente

Elle décroît selon $$u_C(t)=U_C(0)e^{-t/\tau}$$ avec $$\tau=RC$$

Explication

La décharge suit une décroissance exponentielle dont la constante de temps est τ=RC\tau=RC. L’expression comportant 1−e−t/τ1-e^{-t/\tau} décrit la charge d’un condensateur initialement déchargé, et non sa décharge.

53. Dans un circuit RC en charge, quelle fraction de la tension finale le condensateur atteint-il à l’instant t=τt=\tau ?

Environ 86 % de la tension en régime permanent
Environ 63 % de la tension en régime permanent
Environ 37 % de la tension en régime permanent
Environ 50 % de la tension en régime permanent

Environ 63 % de la tension en régime permanent

Explication

À t=τt=\tau, la loi de charge donne une tension correspondant à environ 63 % de la valeur finale. La valeur de 37 % correspond plutôt à la fraction restante d’une grandeur qui décroît exponentiellement.

54. Quelle expression décrit la charge d’un condensateur initialement déchargé par une source de tension EE ?

uC(t)=E(1−e−t/τ)u_C(t)=E(1-e^{-t/\tau}) avec τ=RC\tau=RC
uC(t)=Ee−t/τu_C(t)=Ee^{-t/\tau} avec τ=RC\tau=RC
uC(t)=E(1+e−t/τ)u_C(t)=E(1+e^{-t/\tau}) avec τ=RC\tau=RC
uC(t)=Et/τu_C(t)=Et/\tau avec τ=RC\tau=RC

$$u_C(t)=E(1-e^{-t/\tau})$$ avec $$\tau=RC$$

Explication

La tension de charge part de zéro et tend vers EE selon uC(t)=E(1−e−t/τ)u_C(t)=E(1-e^{-t/\tau}), avec τ=RC\tau=RC. Le terme exponentiel seul décrit une décroissance, comme celle d’un condensateur en décharge.

55. Dans l’analogie entre la décharge électrique et la vidange d’un réservoir, comment évolue la différence de pression ?

Elle croît exponentiellement selon ΔP(t)=ΔP(0)(1−e−t/τevac)\Delta P(t)=\Delta P(0)(1-e^{-t/\tau_{evac}})
Elle décroît exponentiellement selon ΔP(t)=ΔP(0)e−t/τevac\Delta P(t)=\Delta P(0)e^{-t/\tau_{evac}}
Elle diminue linéairement selon ΔP(t)=ΔP(0)−tτevac\Delta P(t)=\Delta P(0)-t\tau_{evac}
Elle oscille autour de sa valeur initiale selon une loi sinusoïdale

Elle décroît exponentiellement selon $$\Delta P(t)=\Delta P(0)e^{-t/\tau_{evac}}$$

Explication

Lors de la vidange, la différence de pression décroît exponentiellement avec τevac=RevacCres\tau_{evac}=R_{evac}C_{res}. Cette évolution correspond à une décharge électrique, tandis que la charge d’un condensateur fait croître sa tension vers une valeur finale.

56. Quel élément produit naturellement les impulsions électriques dans le cœur sain ?

La résistance de mesure, à la fréquence νs=2,50 Hz\nu_s=2{,}50\ \text{Hz}
Le ventricule gauche, à la fréquence νs=0,63 Hz\nu_s=0{,}63\ \text{Hz}
Le nœud sinusal, à la fréquence νs=1,25 Hz\nu_s=1{,}25\ \text{Hz}
Le stimulateur cardiaque artificiel, à la fréquence νs=1,25 Hz\nu_s=1{,}25\ \text{Hz}

Le nœud sinusal, à la fréquence $$\nu_s=1{,}25\ \text{Hz}$$

Explication

Dans un cœur sain, le nœud sinusal est le générateur naturel des impulsions électriques et fonctionne à 1,25 Hz1{,}25\ \text{Hz}. Un stimulateur cardiaque est un dispositif artificiel, tandis que les autres éléments cités ne jouent pas ce rôle de générateur naturel.

57. Que se passe-t-il lorsque le commutateur passe de la position 1 à la position 2 ?

La résistance RR est isolée et la tension du condensateur devient sinusoïdale
Le condensateur cesse de se décharger et se charge grâce à la résistance RR
Le condensateur cesse de se charger et se décharge dans la résistance RR
La source court-circuite le condensateur sans circulation dans la résistance RR

Le condensateur cesse de se charger et se décharge dans la résistance $$R$$

Explication

La position 1 est associée à la charge du condensateur, tandis que la position 2 permet sa décharge dans la résistance RR. La proposition concernant une charge en position 2 inverse donc le fonctionnement des deux positions.

58. Dans quelle condition une impulsion électrique est-elle envoyée au cœur ?

Lorsque la tension du condensateur atteint exactement 4 V4\ \text{V}
Lorsque uR(t)=0 Vu_R(t)=0\ \text{V}
Lorsque ∣uR(t)∣<4 V|u_R(t)|<4\ \text{V}
Lorsque ∣uR(t)∣>4 V|u_R(t)|>4\ \text{V}

Lorsque $$|u_R(t)|>4\ \text{V}$$

Explication

L’impulsion est déclenchée lorsque la valeur absolue de la tension aux bornes de la résistance dépasse 4 V4\ \text{V}. Le critère porte sur uR(t)u_R(t) et non sur la tension du condensateur, et il s’agit d’un dépassement plutôt que d’une égalité.

59. Quelle relation relie le courant et la tension aux bornes du condensateur dans un circuit RC série ?

i(t)=CduC(t)dti(t)=C\frac{du_C(t)}{dt}
i(t)=uC(t)Ci(t)=\frac{u_C(t)}{C}
i(t)=C uC(t)i(t)=C\,u_C(t)
i(t)=RduC(t)dti(t)=R\frac{du_C(t)}{dt}

$$i(t)=C\frac{du_C(t)}{dt}$$

Explication

Le courant du condensateur est proportionnel à la dérivée temporelle de sa tension, selon i(t)=CduC(t)dti(t)=C\frac{du_C(t)}{dt}. La résistance relie plutôt tension et courant par une relation algébrique, et non par la dérivée de la tension du condensateur.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 74 flashcards sur Électrocinétique et signaux physiques.

Qu'est-ce que le courant électrique ?

Le transfert de charges électriques à travers une section de conducteur par unité de temps.

Quelle est la formule du courant électrique ?

i=dqdti=\frac{dq}{dt}

En quelle unité s'exprime le courant électrique ?

En ampères.

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